(道路与铁道工程专业论文)道路线形及路边环境引起的错觉分析及治理对策研究.pdf_第1页
(道路与铁道工程专业论文)道路线形及路边环境引起的错觉分析及治理对策研究.pdf_第2页
(道路与铁道工程专业论文)道路线形及路边环境引起的错觉分析及治理对策研究.pdf_第3页
(道路与铁道工程专业论文)道路线形及路边环境引起的错觉分析及治理对策研究.pdf_第4页
(道路与铁道工程专业论文)道路线形及路边环境引起的错觉分析及治理对策研究.pdf_第5页
已阅读5页,还剩106页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

摘要 道路线形及路边环境的协调配合设计日益得到工程设计界的重视。同时,驾 驶员在行车过程中由于道路线形及路边环境错觉所酿成的交通事故也越来越多。 因此,道路线形及路边环境引起的错觉分析及治理对策研究已经成为国内外学者 共同关注的问题。 在目前所采用的以“汽车行驶理论”为基础的道路线形设计规范指标的制定 中,更多的是以保证汽车行驶时的稳定性来确定的,而较少考虑驾驶员“人”心 理反应这一因素。事实表明;完全满足现有规范修筑的道路,通车后仍然事故频 频,其中一个很重要的原因就是行车错觉。因而,有效减少道路线形及路边环境 引起的错觉,制定“以人为本一考虑驾驶员心理特点”的道路线形设计规范方是 根本。本文首先阐述了目前国内外研究者们在这一领域的研究现状,进而提出了 本文研究的目标及主要内容。 道路线形与路边环境配合不协调很容易引起驾驶员在行车过程巾产生错觉; 甚至满足了现有公路路线设计规范的道路线形或者路边环境( 没有充分考虑 驾驶员行车过程中的生理心理反应等) 仍然容易引起驾驶员行车错觉的产生。因 此,本文先系统地归纳、分析了引起行车错觉的道路线形、路边环境以及错觉的 相关基础知识;接着,对道路线形及路边环境引起的常见错觉危险路段进行了归 类,探讨了计算机动画模拟制作的流程和方法;在此基础之上对驾驶员行车过程 中常见的弯道错觉、坡道错觉、速度错觉、方向错觉以及其它错觉进行了理论分 析及计算机动画模拟分析;然后以重庆北碚至青木关公路沙坪坝段为例,进行了 计算机动画模拟分析及验证。结果表明:道路线形及路边环境引起的错觉会给安 全行车带来严重的威胁。通过线形设计参数的调整,使道路线形及路边环境设计 符合驾驶员心理,将能有效减少驾驶员行车错觉的产生,预防交通事故的发生。 最后,在上述理论研究的基础上,分析研究了道路线形及路边环境引起错觉 的治理对策,归纳了常见的典型错觉类型路段及其一般性治理对策,提出了一些 道路关键线形设计参数( 顺直路段长度、弯道感知半径、坡差适宜取值等) 的修 改建议。以此为基础,论文最后提出了道路立体线形组合设计的原则和方法。这 些原则和方法将为以后的道路线形及路边环境设计理论的研究提供新的思路。 本文得到了国家自然科学基金项目( 合同号:5 0 4 7 8 0 8 2 ) “道路线形及路边环 境引起的错觉分析及治理对策研究”课题的资助。 关键词:道路线形,路边环境,错觉分析,治理对策 a b s t r u c t e n g i n e e r i n gd e s i g ni n d u s t r yp a y sm o l la t t e n t i o nt oh i g h w a ya l i g m n e n ta n d r o a d s i d ee n v i r o n m e n t sc o o r d i n a t i o nd e s i g n i n g a tt h es a m et i m e ,t h ea c c i d e n ta l s o i n c r e a s e sb e c a u s eo ft h ed r i v e r si l l u s i o nc a u s e db yh i g h w a ya l i g n m e n ta n dr o a d s i d e e n v i r o n m e n t s t h e r e f o r e ,i l l u s i o na n a l y s i sc a u s e db yh i g h w a ya l i g n m e n ta n dr o a d s i d e e n v i r o n m e n t sa n di t sp r e v e n t i v ec o u n t e r m e a s u r e sh a v eb e e nan o t i c e a b l eq u e s t i o ni n d o m e s t i ca n df o r e i g na c a d e m i cc i r c l e a tp r e s e n t ,t h ei n d e x e so fh i g h w a ya l i g n m e n td e s i g ns t a n d a r da r eb a s e do n a u t o m o b i l et r a v e lt h e o r y t h ef o r m u l a t i o no ft h i si n d e xm o r ec o n s i d e r sg u a r a n t e eo ft h e d r i v i n gs t a b i l i t yo fa u t o m o b i l eb u tl e s so nt h ed r i v e r sp s y c h o l o g i c a lr e s p o n s e t h et r u t h i st h a tal o to ft r a f f i ca c c i d e n t sh a p p e n e da f t e rr o a do p e n i n gi ns p i t eo ft h eh i g h w a y c o m p l e t e l yc o n f o r m st ot h ep r e s e n ts p e c i f i c a t i o n a ni m p o r t a n tr e a s o ni sd r i v i n g i l l u s i o n s o ,t oe f f e c t i v e l yr e d u c et h ei l l u s i o nc a u s e db yh i g h w a ya l i g n m e n ta n d r o a d s i d ee n v i r o n m e n t s ,t h ee s t a b l i s h m e n to fh i g h w a ya l i g n m e n td e s i g ns t a n d a r ds h o u l d b eb a s e do nd r i v e r s p s y c h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c t h i sp a p e re l a b o r a t e st h ep r e s e n t s t u d ys i t u a t i o no fd o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c h e ra n dp r o p o s e s t h es t u d yg o a la n dm a i n c o n t e x t t h ed r i v e r se a s i l yh a v ei l l u s i o n si i ld r i v i n gp r o c e s sb e c a u s eh i 【g h w a ya l i g n m e n t d e s i g nd o e s n tc o o r d i n a t et or o a d s i d ee n v i r o n m e n t e v e ni fh i g h w a ya l i g n m e n to r r o a d s i d ee n v i r o n m e n tw h i c hc o o r d i n a t e st h ep r e s e n th i g h w a ya l i g n m e n td e s i g ns t a n d a r d s p e c i f i c a t i o n s ( i td o c s n tc o m p l e t e l yc o n s i d e r st h ed r i v e r sp h y s i o l o g i ct e n d e n c ya n d p s y c h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i ci nd r i v i n gp r o c e s s ) i ss t i l le a s i l yc a u s et h ed r i v e r s d r i v i n g i l l u s i o n s t h e r e f o r e ,t h i sp a p e rf i r s t l ys y s t e m a t i c a l l ys u m su pa n da n a l y z e st h er e l a t e d b a s i ck n o w l e d g et h a tp r o d u c e sd r i v i n gi l l u s i o n sb e c a u s eo fh i g h w a ya l i g n m e n ta n d r o a d s i d ee n v i r o n m e n ta n di l l u s i o n a r e rt h a t ,t h i sp a p e rc l a s s i f i e st h ed a n g e r o u sr o a d w h i c ho f t e nc a u s e si l l u s i o nb e c a u s eo fh i g h w a ya l i g n m e n ta n dr o a d s i d ee n v i r o n m e n t a n dd i s c u s s e st h ef l o wa n dm e t h o do fm a n u f a c t u r i n gt h ec o m p u t e ra n i m a t i o ns i m u l a t i o n a n dt h i sp a p e ra l s om a k et h e o r e t i ca n dc o m p u t e ra n i m a t i o ns i m u l a t i v ea n a l y s i sa b o u t c o m m o nc u r v ei l l u s i o n ,r a m pi l l u s i o n ,s p e e di l l u s i o na n dd i r e c t i o ni l l u s i o na sw e l la s o t h e ri l l u s i o n si nd r i v i n gp r o c e s s t h e n ,t a k i n gs h a p m g b as e c t i o no fc h o n g q i n gt o q i n g m u g n a nr o a da st h ee x a m p l e ,t h i sp a p e rm a k e sc o m p u t e ra n i m a t i o ns t i m u l a t i o n a n a l y s i sp r o v et h ea b o v e - m e n t i o n e dp o i n t s t h er e s u l ti n d i c a t e s :t h ei l l u s i o nc a u s e db y h i g h w a ya l i g n m e n ta n dr o a d s i d ee n v i r o n m e n t sc a nl e a dt os e r i o u st h r e a tt ot h es a f e d r i v i n g t h ed r i v e r sd r i v i n gi l l u s i o nw i l lb er e d u c e de f f e c t i v e l ya n dt r a f f i ca c c i d e n tw i l l b ep r e v e n t e db ya d j u g m ga l i g n m e n td e s i g np a r a m e t e r st oc a u s eh i g h w a ya l i g n m e n ta n d r o a d s i d ee n v i r o n m e n t sf o rc o n f o r m i n gt ot h ed r i v e r sc h a r a c t e r i s t i c f i n a l l y , t h ei l l u s i o nc o u n t e r n l e a s a r c sa r ea n a l y z e da n ds t u d i e do nt h eb a s i so ft h e a b o v et h e o r yt h a th a sb e e nd i s c u s s e d m e a n w h i l e ,t h ec o m m o nt y p i c a li l l u s i v et y p e so f r o a ds e c t i o na n di t sg e n e r a lc o u n t e r m e a s u r e sa r es u m m a r i z e d t h e n ,s o m es u g g e s t i o n s o nr e v i s i o no fr o a dk e ya l i g n m e n tp a r a m e t e r s ( t h el e n g t ho fs m o o t ha n ds t r a i g h ts e c t i o n , t h es e n s a t i o nr a d i u so fc u l n e ,t h ed i f f e r e n c ea p p m p f i a t ev a l u eo fb e t w e e ns l o p e s ,e t c ) a r ep r o p o s e d t h ep r i n c i p l ea n dm e t h o da b o u th i g h w a yt h r e e d i m e n s i o n a la l i g n m e n t c o m b i n a t i o nd e s i g na r ep m p o s e di nt h i sp a p e ri nt h ee n d t h e s ep r i n c i p l e sa n dm e t h o d s w i l lp m v i d ean e wm e n t a l i t yf o rt h el a t e rt h e o r ya b o u th i g h w a ya l i g n m e n ta n dr o a d s i d e e n v i r o n m e n t sd e s i g n t h i sp a p e ri sf u n d e db yn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o np r o j e c t ( n _ 。:5 0 4 7 8 0 8 2 1 一s t u 毋o ni l l u s i o na n a l y s i sa n dp r e v e n t i o nc o u n t e r m e a s u r e sc a u s e db yh h w a y g e o m e t r i c a n dr o a d s i d ee n v i r o n m e n t s k e y w o r d s :h i g h w a ya l i g n m e n t ,r o a d s i d ee n v i r o n m e n t s ,i l l u s i o na n a l y s i s ,p r e v e n t i o n c o u u t e r m e a s u r e s 重庆交通学院学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体, 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:弛 日期:2 0 0 6 年0 3 月0 8 日 重庆交通学院学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保罔、使用学位论文的规定,同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口,在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密留。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名: 锄遁 指导教师签名: 日期:2 0 0 6 年0 3 月0 8 日 日期:2 0 0 6 年0 3 月0 8 日 嘲 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究背景 道路交通安全是个世赛性问题,自地球 :诞生汽车以来,人类即面临着交通 事故的威胁。据有关资料报告,在汽车发展的1 0 0 多年历史中,全球死于道路交 通事故的人数己达3 0 0 0 多万。时至今日,道路交通事故已成了人类意外伤亡的主 要因素。 虽然国内外交通工作者多年来一直努力地研究着交通安全问题。但在对待这 个问题上一直有个误区,即往往不太重丰见以道路线形及路边环境为主的道路条件 引起的错觉对交通安全的影响。产生这种错误的认识主要基于交通事故记录资料 的干扰。各国的交通事故记录资料中无一例外地显示着驾驶员是绝大多数交通事 故的罪魁祸首,认为事故的基本原因是驾驶员的粗心和错误以及汽车的失修,而 把交通事故中道路条件放在了极其次要的地位。前苏联道路安全专家巴布可夫在 道路条件与交通安全一书中写道:“根据统计,认为所有事故中完全应由驾驶 员负责的,联邦德国有8 2 、巴西7 5 、匈牙利7 4 、意大利4 1 、波兰9 6 ; 统计巾对道路条件原因则赋予较小的作用,巴西为6 、联邦德国为8 、爱尔兰 为1 7 、美国为1 8 、日本为8 ”【1 1 。 其实,一次交通事故的发生,或多或少都与道路条件有着直接或间接的联系。 许多交通事故表面上看来是直接因驾驶员失误或粗心大意造成的。但深究其原因, 就会发现是发生事故周围的道路条件对驾驶员的心理、生理行为等造成了影响, 引起驾驶员在行车过程中产生错觉所致:如道路线形不顺畅、某处线形指标突变、 道路平、纵线形指标各自搭配或其组合不当、视距不良等等。根据国内外研究资 料统计:在道路交通事故中由于道路线形及路边环境引起错觉而酿成车祸的比率 约占整个事故的4 0 。 随着人们对道路交通安全研究和认识的加深,道路条件与交通安全的关系越 来越受到道路交通工作者的重视。近些年来,国外一些发达国家在研究和治理交 通安全问题时,把道路条件放在了一个应有的重要位置。例如,开展道路规划、 设计、旄工、运营各环节各阶段的交通安全审查;在交通安全治理过程中,注重 采用工程措施等等都是从道路条件上寻找交通安全的办法。 我国是一个正在发展中的大国,改革开放十多年来,国家综合国力和人民生 活水平都有了大幅度的增强和提高。为了继续快速地发展经济,改善人民生活的 质量,道路交通是处在一个超速与超前发展的时期。例如近年来国家用于公路建 设的投资年均超过2 千亿元;1 9 9 5 年底,全国高速公路总里程不到1 0 0 0 公里,至 2 0 0 5 年末,全国高速公路总里程已达4 万公里。全国道路建设正向高等级、长里 第一章绪论 2 程、高密度( 路网密度) 方向发展。 然而,随着道路交通事业的繁荣昌盛,道路交通安全问题却格外严峻地呈现 出来。据公安部公布的数据:自1 9 9 5 年以来,我国每年死于道路交通事故的人数 达7 万入以上,9 9 年超过8 万多人,2 0 0 5 年更接近1 0 万人。与国终发达国家相 比,万车事故率和亿车公里事故率都高出几倍全十几倍。我国近年来交通安全环 境如此恶化,当然牵涉到许多原因,如道路建设速度赶不。卜汽车拥有量的增长, 驾驶员素质普遍不高,变通管理未走上正规化、科学化,交通安全宣传教育薄弱 等等。但道路作为汽车交通的载体,在规划、设计、施工、运营叶t ,没有从交通 安全上对它予以足够的重视也是其中一个相当重要的原因。 虽然从整体上看,道路交通事故的发生具有偶然性,但在事故多发路段发生 交通事故却有很大的必然性。因为这些路段要么道路线形的各项指标低劣,要么 是它们之间的组合构成不当或与路边环境配台不协调。怎样从以线形及路边环境 为主的道路条件角度来改善和提高道路的交通安全? 近年来我罔各地的一些相关 部门已陆续展开了该课题的研究探索,国外也有一些可供参考的成功经验和成果。 但从国内来看,各地都是一些个别的、局部的、零散的和大部分是定性的研究, 研究的力度、范围、规模都非常有限,研究的结果不易推广应用。国外有- 一些好 的经验和成果,但因国情有别,不能照搬照用,只能作为我们研究道路条件与交 通安全的一种借鉴;况且国外对道路交通安全的研究也在进行之中,并没有得到 成熟、完善的最终成果。 到同前为止,我国在道路建设中还从未严肃认真、有典可据、有法可依地把 交通安全贯彻其中。现行道路上交通事故频发,交通事故多发路段频现就是上述 问题的佐证。眼前正是我国道路建设的高峰期,如不尽快展开对道路设计、运营 安全的大规模系统性研究,不尽快拿出一套科学、可行、便于规范化的道路设计、 运营与交通安全关系的研究成果,将可能又有一大批存在安全隐患的道路被建成。 它们将和现存许多有安全缺陷的道路一起,对人民的生命财产造成极大的威胁和 损害。 针对上述问题,在国家自然科学基金项目道路线彤及路边环境引起的错觉 分析及治理对策研究( 编号:5 0 4 7 8 0 8 2 ) 课题的支持下,本论文应用三维计算机 动画模拟分析驾驶员在行驶过程中产生的行车错觉,展开了对道路线形指标及路 边环境因素对驾驶员行车错觉产生的影响以及它们之间关系的研究。 1 2 问题的提出 1 2 1 道路线形设计新理论 线形设计是道路设计的关键,线形设计的好坏更是道路总体设计及其作用的 第一章绪论3 主要评价标准。道路的三维立体线形不仅要能保证行车安全、迅速、经济,还要 能适应人体生理和心理上的要求,取得与地形景观的协调,使道路线形能达到行 车的安全性与连续性、视觉的舒顺性和形态的优美性。 道路是一个三维空间的实体,它的中间是条空间曲线,中线在水平面上的 投影就是路线的平面。道路的线形设计,先是从平面线形设计下手,接着进行纵 断面和横断面殴计,然后对平、纵、横线形的组合进行统一协调,反复进行修正, 最后达到行车安全、线形连续、视觉舒适、形态优美的目的。 为满足道路更高的要求,运用计算机三维显示的功能,国内外专业研究人员 正在从事三维立体定线课题的研究,采用三维立体样条函数确定中线,这种线形 可以使曲率和曲率变化率渐变,更符合行车舒适性和安全性的要求,然而这将使 现行设计方法和设计规范实现根本的改变f 2 】。同前,在实践中仍采用传统的平、纵、 横分别设计的方法。 我国道路交通安全领域的著名专家任福田教授于上世纪9 0 年代初首次提出了 “道路线形设计新理论”。该新理论认为:现行以“汽车行驶理论”为基础的道路 设计理论仅仅是保障了汽车在运动学方面的最小安全性,而未充分考虑用路者的 心理、生理特性与要求。道路线形设计新理论提出:以用路者的交通需求和生理 一心理反应特征作为道路线形设计的理论基础,用动的观点设计路线的各个元素, 力求协调p j 。 下面,我们用道路线形设计新理论来粗略检查一遍现行以“汽车行驶理论” 为基础的道路平、纵、横设计主要指标的选取情况。 平面指标 道路平面设计时最重要的指标是平曲线半径和平面视距。 横向力系数与驾驶员感觉之间的关系表1 1 横向力系数 驶过曲线时的感觉 0 1 0 感觉不到曲线存在,驾驶员不紧张。 o 1 5 稍感到有曲线,但没有什么不舒服的感觉,驾驶员不紧张,不会使驾驶员疲倦。 0 2 0 感觉到通过曲线,无不舒服感觉,稍有不稳定感,多数驾驶员明显紧张。 o 2 5 4 0 的驾驶员对曲线上行车感到不舒服。 o | 3 0 所有通过曲线的人都感到不舒服。 n 3 5 驶过曲线感到非常不舒服,驾驶员的紧张隋绪急剧增长,有滑向路边的危险,不稳定。 0 4 0 乘客感到非常不稳定,站立不住,欲倒,车有倾覆危险。 眼下甲曲线半径的确定原理,是以标准汽车以一定速度通过弯道时的横向稳 第一章绪论 4 定性为前提的。所谓横向稳定性,是车辆以一定的速度转弯行驶时不发生侧滑与 侧倾。一般,因为现代汽车结构的低重心,侧滑在侧倾之前发生,也即汽车在转 弯时只要保证不侧滑也就不侧倾。根据此特点,再据汽车在转弯行驶时的动力学 分析,就得到下列公式: r = 蒜2 7 ( 1 a 高 式( 1 - 1 ) 1 一i 1 式中:r 一平曲线半径( m ) ;y 一设计速度( k m l h ) ;卜横向力系数;卜弯道 超高或路拱坡度( ) 。 在该公式中,横向力系数是与人的舒适感受相联系的,即h 越小,舒适性 越好。表1 1 是横向力系数与驾驶员感觉之间的关系。 研究表明:驾驶员行车时的感觉不舒适是产生行车错觉的一个至关重要的诱 凼。虽然道路设计特别是高等级公路平曲线设计指标制定时充分考虑了人的舒适 性感受,即通过舒适性试验来确定u 值。如美困公路部门广泛使用的球形倾斜仪 试验法。但此间的缺点,首先是舒适性感受是一个定性的指标,舒适不舒适,是 否因此而产生错觉,分界点又到底在哪儿,不同的人有不同的体验,就是同一人 在不同的时候也感受不一样。其次,斗值的确定只孤立地考虑该曲线自身的情况, 无法与前后平面线形相联系。如按现行公路路线设计规范,一级公路山岭区的 设计速度为6 0 k m h 时,按比较舒适的试验要求,平曲线最小半径规定为2 0 0 米。 这就是说,驾驶员的行车速度不超过6 0 k m h ,他在r = 2 0 0 m 的平曲线卜行车是安 全而舒适的。问题是如果与这个乎曲线相连的是一段较长的直线,则因为在人多 数情况下,在直线终点、曲线起点的衔接处,许多驾驶员的车速不可能降到6 0 k m h , 这样又如何保证这个平曲线内的行车安全与舒适、又如何保证驾驶员行驶在这样 的路段时不产生错觉呢? 对于平面视距来说,仍是以车辆动力学的特性来确定它的大小,下面是停车 视距长度的计算公式: s 停:s i + s 2 + s 。- 旦+ 坚: :+ s 。式( 1 2 ) 3 62 5 4 土( 巾1 ) 式中:s ,一司机反应时间所行驶的距离( m ) ;s :一制动距离( m ) ,即司机开始 制动到完全停车时车辆行驶的距离;s o 一车辆停止后与前面障碍物之间的距离 ( m ) ;y 一车速o 【m ,h ) ;巾一路面附着系数;i 一纵坡:k 一制动系数。 在此公式中s t 包含人的反应时间,是考虑了人的因素的,即驾驶员一发现前 方障碍物后即刻反应并开始刹车的全部时间里所行驶的距离。在停车视距中取用 的驾驶员的反应时间是经过了实验测试后得出的,这无可疑问。但是在具体行车 中,是否每个人都在同一位置上发现了前方的障碍物? 肯定不是,有的人会发现 第一章绪论5 得早些,有的人会发现得晚些,对于那些发现得晚的驾驶员,上述的停车视距是 不够用的,如果驾驶员在类似路段产生错觉,其后果不堪设想。 纵面指标 纵断面设计时,最重要的控制性指标是最大纵坡、最大坡长和最小坡长;其 次有门凸竖曲线半径的选用。最大纵坡和最火坡长的确定是根据汽车的动力特性、 道路等级、自然条件以及工程、运营经济的分析等因素综合考虑的。如纵坡过大 及陡坡过长,汽车沿陡坡上驶时,车速降低,水箱出现开锅、气阻情况,严重时, 发动机熄火,从而影响驾驶的连续性;沿陡坡下行时,义凶制动次数多,制动器 发热,而易使制动失效引起车祸。不过,下坡的最大坡度值确定也适当地考虑了 驾驶员操纵车辆便利性的因素。以上对最大纵坡、最大坡长的确定,在汽车方面 可谓考虑得周全备至;在人方面,除了下陡坡时注意到了驾驶员的因素外,其他 方面都没有考虑用路者的感受与反应。如果从用路者的安全感、期望性等 n 发, 确定出的道路纵坡和坡长是否会和上面用汽车行驶理论得出的结果一样呢,答案 是显而易见不一样。 横断面指标 在横断面上,车道宽是以标准车的外形横向尺寸加车辆以一定的车速行驶时 产生的横向摆动宽构成的。路肩宽度则j 三要是考虑对行车道的保护及方便临时停 车。其实不管是车道宽还是路肩宽,不同的车道宽和路肩宽对行车的驾驶员肯定 会构成不同的心理、生理反应从而影响安全与舒适。如前苏联道路交通安全专家 巴布可夫研究得出:路面和路肩的不同宽度,对行车安全有极大的影响,一般是 路面和路肩越窄事故越多,而路面边缘到侧面障碍物的距离以及障碍物体积的大 小( 如行道树的直径) 都会对驾驶员的心理造成影响,有可能产生错觉,从而引 起不安金或者给行车带来不舒适【l l 。 1 2 2 道路交通中的人类功效学需求 道路线形及路边环境引起的错觉,很大程度上与人类功效学相关,因此,在 此来简单了解一下人类功效学的主要思想。 人类工效学也称人机工程学、工程心理学、人因工程学等。人类工效学在国 外开始于上世纪3 0 年代,成长于3 0 6 0 年代,7 0 年代以来开始兴盛。在国内则 是7 0 年代末8 0 年代初引进,9 0 年代开始繁荣起来。 人类工效学的基本定义为:研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合, 使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特征,达到在生产中提高效率、 安全、健康和舒适的目的闻。综合来说,人类工效学就是按照人的特性设计和改进 人一机一环境系统的科学。人一机一环境系统是指由共处于同一时间和空间的人 与其所操纵的机器以及他们所处的周围环境所构成的系统,也可简称为人机系统。 第一章绪论6 在上述系统中,人是处于主体地位的决策者,也是操纵者或使用者;机是指人所 操纵或使用的一切物的总称,它可以是机器,也可以是设施,工具或用具等;环 境是人、机所处的物质和社会环境。人、机、环境在其构成的综合系统巾才 1 互依 存,相互制约和相互作用,完成特定的工作过程。 道路变通是由人、机、环境组成的一个复杂的动态的人机系统。在此,“机” 不光是指汽车,还包括道路。因为道路也是人设计建设出来的一种供人使用的设 施,在道路交通巾,环境也不光是指驾驶员所处的驾驶室,还指道路沿线与行车 有关的除路和车辆以外的方方面面。与一般人一机系统相比,道路交通系统是一 个更复杂的“人机”系统。一般人一机系统的“机”与环境都是相对固定和静 止的,而道路交通系统中的“机”和环境则是动态变化的。以往,对道路交通系 统中的人与汽车之间的“小”人机系统研究得较多,如驾驶室内的刹车、加速、 换档、座位、仪表等设施的位置和适用性怎样符合入的心理、生理、习惯要求等。 但对道路设施怎样符合动态的驾驶员的心理、生理要求研究欠少。因而常常发生 交通安全问题。在本论文研究中,应当把人机工程学理论和原理应用于其中,体 现处处以人为主体的,人、机、路、环境系统的最佳协调,从而保证道路交通安 全及追求人在道路交通中的最大舒适。 1 3 论文研究意义 对传统公路设计理论的一次革命性改进 交通事故在道路上的出现,有分散型与密集型两种。分散型体现了交通枣故 发生的偶然性、随机性。即每一条道路,在其数十年的使用时间内发生交通事故 是不可避免的。但什么时候什么位置会发生交通事故事先却无法预知。密集型事 故多半与道路条件有关,如急弯、陡坡、线形组合不当、视距不良、路面路肩宽 度突变等处都有可能成为事故发生的密集点 5 ) 。在一个视距不良、线形组合搭配不 当的小半径平曲线上,随着交通流长年累月的作用,发生事故是必然的。这种必 然性反映了道路设计的缺陷。根据现行各条道路运营的安全状况,几乎所有的道 路上都分布有密集型事故,即有交通事故多发点存在。重庆北碚至青木关公路沙 坪坝段( 后续文章中简称碚青公路沙坪坝段) j d 6 0 j d 6 1 转弯路段处自2 0 0 2 年 建成通车以后,发生了3 起交通事故,明显高于该路段其它地方的交通事故率。 通过计算机动画模拟验证分析以及现场调查分析,发现就是由于道路线形组合不 良,诱发驾驶员产生行车错觉,出现了如上所述的原因所致。 道路上交通事故多发点的出现除少部分是由其它因素引起外,大部分都与设 计因素与道路线形及路边环境引起的错觉有关。所以可以说,交通事故多发点的 现状分布反映了各条道路设计的不足。但道路设计是严格按设计规范进行的,它 第一章绪论 7 的各种几何尺寸和指标选用及其搭配都不会超出规范的范围。那么,为什么还有 那么多事故多发点存在呢? 追根溯源,是现行的设计理论还有待完善。前面己提 到,现行的公路路线设计规范( 后续文章中简称“规范”) 是以汽车行驶理论 为依据的,虽然某些部分也考虑了人的因素,但那是附属的,零星的,许多是定 性的,没有充分体现以人的心理、生理需求为主体的原则。本课题研究希望在现 有规范的基础上,把人的心理、生理需求作为主要因素体现到公路设计理论中, 对部分道路线形指标力求使其定量化,使之更符合驾驶员的心理生理需求,使驾 驶员在行车过程中不被行车错觉所困扰,以便对现行“规范”上的一些参数和指 标进行重巍审定和改进。 检查已建道路黑点并为其改造提供贴切的理论依据 统计数年的交通事故资料能找出一条道路的事故多发点。一条道路上的事故 多发点,基本上体现了这条公路设计缺陷的位置。但这种检查设计缺陷的代价太 昂贵了,因为要得到一条道路上的事故多发点分布规律,必须等到这条路上交通 事故数积累到一定的程度才成。本课题研究成功后,能够代替交通事故资料检查 道路上安全的暗点,从而可在道路投入使用的初期就尽快地找出需要改善的路段。 另一方面,眼下对事故多发点路段的改造,没有一套什么可依据的理论,有 点头痛医头,脚痛医脚的味道。因为既然道路是按规范要求设计出的,现在经过 使用发现某些路段有问题,重新搬出规范来参照改造那是不可能的了。这样一来, 就有点春秋战国的局面,各家都有自己未必科学合理的改造方法和观点。如果花 了大力气对某一处事故多发点进行了改造,结果收效甚微,岂不劳命伤财。本课 题研究的过程和结果能为事故多发点改造提供一套比较科学的方法和理论依据。 提高道路交通的运营效益 从前面提到的道路线形设计新理论知:现行的道路设计理论仪仅是保障了汽 车运动学方面的最小安全性。人是一个有思想、有体验,而且情绪会不断变化的 有机体,不能用约束机器的思想来约束入。例如用自动化控制的火车列车能按预 定的速度在轨道上一毫不差地转弯。但人为驾驶的汽车什么时候能按设计速度在 车道的正中央规规矩矩地拐过弯去呢? 所以,采用道路线形设计新理论一即以人 的心理、生理需求为主体设计的道路,不光是线形各指标的选取和组合上比传统 设计理论更讲究更宽容。而且一定会摒弃那些对人不太宽容的参数指标。这样一 来,公路建设的造价高了,原来半径为2 0 0 m 的弯道,现在变成了4 0 0 m ,原来刚 刚能让细心人观看的视距,现在要让它照顾一下有点粗心的人。这可不行,在设 计时对工程土石方与线形指标取舍问斤斤计较的设计者们可不想那样宽容。殊不 知往前看一步海阔天空。道路线形标准提高了,运行顺畅了,一是大大减少了交 通事故,既减少了人员伤亡,又避免了大笔的经济损失;二是提高了道路的通行 第一章绪论 8 能力和使用效率,为社会创造更多的财富;还未计及用路者的身心得到改善,其 实这一方面在一个物质生活不断富裕的国家里也是何等的重要,它们简直无法用 金钱来估价。 提高道路交通的社会效益 “可持续发展”的道路设计理论的出现是+ 个国家经济发展到一定水平的象 征,也是走向富裕围度的人民在工作生活中非常重要的物质基础。它给人们提供 的快速、安全、舒适、美观,使人们对它产生了美好的印象。但是,在我国,眼 下道路交通的安全问题不容乐观。一是与发达国家相比相对事故率高得惊人;二 是从国内现状看,目前道路并未充分使用,大部分路上交通流稀疏,在这样的条 件下,交通事故却频发,不可想象随着未来交通流的逐渐增大,道路上的交通安 全又会是怎样的局面。如果交通事故与交通流成正比增长,则若干年后,人们一 定会惧怕上公路。到达那种状况,公路给人们提供的不再是美好,而是厌恶与诅 咒。所以,道路交通的安全问题必须尽早引起足够的重视。本课题的研究有望对 改善道路的交通安全提供理论。 为未来研究者探路 在我国,目前还很少有人用三维计算机动画模拟来系统分析驾驶员的心理生 理反应,研究其对行车错觉的感知程度,来研究道路设计及交通安全问题。随着 本课题的丌展,让人们看到用这种方法研究道路设计和交通安全问题的利与弊, 从而使未来研究者对利的一面发生兴趣,继续深入研究下去,而对弊的一面则将 自j 何避免和克服。能起到这点作用,也是本课题研究的一大价值。 1 4 国内夕l t r 关研究综述 1 4 1 国外相关研究综述 引起驾驶员行车错觉的因素很多,既有主观方面的因素( 如驾驶员的心理生 理状态、文化水平差异、驾驶疲劳程度等) ,也有客观方面的因素( 如道路线形的 设计缺陷、路边环境的视觉污染等) 。主观方面的因素可以导致客观方面的冈素发 生。主观方面的因素相关部门已经进行了针对性的治理,并取得了初步进展,但 也仅限于对主观方面因素的单一研究,而未能对主观因素可能导致客观因素的错 觉程度之间的关系进行研究。对道路线形及路边环境引起错觉这一客观方面的关 键因素国外也未能进行深入研究,进行针对治理。其原因主要是由于道路线形设 计及路边环境的设计缺陷比较隐蔽,不容易及时发现,即使出了问题也一般主观 倾向性的将责任归之于机动车驾驶员的操作失误,而将道路线形设计及路边环境 设计的缺陷归到一个极其次要的位置。归根结底,这主要是由于目前交通事故处 理方法所导致的结果,目前的交通事故处理,从认定责任的方面来考虑,在 n 了 第章绪论9 交通事故后,为了尽快处理事故,一般将责任归于驾驶员,从而往往忽视了道路 线形及路边环境引起错觉的这一隐性缺陷。 美国、力拿大、英国、日本等一些道路系统较发达国家对此问题的研究较早, 7 0 年代初期就开始有一些零星思想,但迄今为止,也还没有得到有效的成果。加 拿大道路工程专家y h a s s a na n ds m e a s a 等近年来对这一问题进行了相关性研究, 并得出了一些成果。他们使用计算机动画模拟分析的研究方法,对加拿大的一条 两车道道路进行了分析研究,并于2 0 0 3 年7 ,8 月份发表了 e f f e c t o f g e o m e t r i c d e s i g n c o n s i s t e n c yo nr o a ds a f e t y ) ) t 以及( ( e f f e c to fv e r t i c a la l i g n m e n to nd r i v e rp e r c e p t i o no f h o r i z o n t a lc u r v e s ) ) 两篇文章。该两篇文章对同前国外关于这一问题的相关性研究 进行了比较全面的总结,并进行了迸一步深入研究的探讨。它们认为:驾驶员对 前方道路特征的感受是一个重要的人性因素,它对交通交全和设计连贯性具有很 大的影响,在道路设计巾应二f 以足够重视驾驶员对道路的错觉可能引起危及交通 交全的行为。之前的研究表明,当平盐线与竖曲线组合不当时可能会导致驾驶员 对平面曲率感知错误,驾驶员对平面曲率的感受受到所组合的竖曲线的影响。该 文对此用计算机动画模拟进行了验证,结果发现:当平面线形与凸形竖曲线组合 时,平面曲率总是显得急剧;而当与凹形竖曲线组合时,平面曲率总是显得平缓。 之后,l a u r e l r i c h la n d t a r e ks a y e d y 在此研究基础上,对驾驶员的感知速度和平曲 线之间的关系进行了相关研究,于2 0 0 5 年2 月在c a n 。j 。c i v e n g 发表了 e f f e c t o f s p e e dp r e d i c t i o nm o d e l sa n dp e r c e i v e dr a d i u so nd e s i g nc o n s i s t e n c y ) ) 一文,从而奠 定了驾驶员行车过程中的速度错觉与平曲线之间关系的理论模型。近些年,国外 对此问题的研究还在继续。 美国各州公路与运输工作者协会( a a s h t o ,2 0 0 1 年) 和加拿大运输协会( 2 0 0 1 年) 的现行设计指南要求道路设计者为驾驶员提供足够的视距以保证停车、超车( 对 双车道公路) 和决策( 对复杂情形) 。然而,设计指南所要求的足够的视距可能还不 足以保证驾驶员能正确地感知道路特征。此外,如果驾驶员不能感觉到潜在的危 险,错觉的产生将会危及交通安全。 在平曲线和竖曲线组合时,驾驶员尤其容易发生错觉。从驾驶员的角度对现 有道路进行观察可以发现:组合线形可能会引起驾驶员对平面曲率的错觉。这种 错觉可能会危及设计连贯性。因为当驾驶员感觉到平面曲率平缓或急剧时,就会 相应地增大或降低车速。但是,如果驾驶员把急剧的曲线看成是平缓的,采用较 高的车速这将是危险的。 英国、日本对此也进行了相关研究,但是都不系统彻底。以上研究更多的是 着重于从道路线形引起错觉及其治理对策方面的研究,对于路边环境的影响则研 究甚少,基本上是无资料可查。有的研究只是零星

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论